[发明专利]一种铝合金复合细化、强化剂及其制备方法和装置

说明书

本发明属金属材料领域，特指一种用于铝及铝合金的复合细化、强化剂及制备方法和装置。首先将纯铝置于熔炼炉坩埚中熔化至一定温度、使铝熔体的顶部超过坩埚中电磁循环装置的上部入口、并在坩埚顶部加入铝合金覆盖剂，将称量并经过预处理的Ti、B₂O₃、Zr、C粉或屑从电磁循环装置的加料口加入，然后启动电磁循环装置，经过一段时间的循环反应复合获得所需的复合细化、强化剂。本发明所制备的复合细化、强化剂，不仅具有传统Al‑Ti‑B系高效细化、Al‑Ti‑C系长效细化的特点，而且包含大量亚微米和纳米级的TiB₂、ZrB₂、TiC、ZrC增强体颗粒，在提高细化效果的同时，最终弥散分布于合金基体中起到弥散强化的效果。

技术领域

本发明属金属材料领域，特指一种用于铝及铝合金的铝-钛-锆-碳-硼复合细化、强化剂中间合金及制备方法和装置。

背景技术

随着铝合金在高新技术领域的应用日益增加，获得细小均匀等轴晶粒的铝合金有着广阔的市场应用前景。工业生产中，向熔体中添加晶粒细化剂是最为经济实用的细化晶粒、提高合金综合力学性能的方法。铝-钛-硼中间合金作为使用最广泛的细化剂具有长效细化的特点，可有效防止粗大的等轴晶、柱状晶及羽化晶的形成，目前全球约75％的铝及铝合金采用铝-钛-硼中间合金进行晶粒细化，但铝-钛-硼中间合金的主要反应原料为含氟化合物，在合金制备过程中产生大量的氟化物烟尘、对环境造成了极大污染。铝-钛-碳中间合金细化剂，具有细化效率高、生产绿色无污染的优点，但碳在铝液中的润湿性很差，合金化困难，成为其规模化稳定制备的瓶颈。

发明内容

本发明是针对现有铝-钛-硼细化剂制备过程中产生大量氟化物烟尘，对环境造成极大污染，铝-钛-碳细化剂制备过程中碳在铝液中的润湿性差，制备困难的不足；提出了一种绿色长效的铝合金复合细化、强化剂及其制备装置，所制备的铝-钛-锆-碳-硼复合细化、强化剂中间合金可在有效细化铝及铝合金的同时，中间合金中大量的微纳米粒子弥散于合金中，起到有效的弥散强化作用。

本发明设计的电磁循环复合一体化装置，一方面通过添加覆盖剂形成覆盖层和二级阀门的保护避免反应组元的损失，另一方面通过电磁泵的不断循环使成分均匀。

本发明采用自主设计的电磁循环复合一体化装置，装置包括熔炼炉，其特征在于，在熔炼炉一侧加设循环管道，循环管道下方拐角内放置电磁泵，循环管道上方设有一加料口，加料口内设有二级阀门。

利用上述装置制备铝合金复合细化、强化剂的方法，通过以下具体步骤进行：

(1)将铝基材料放入电磁循环一体化装置中并加热至一定温度使铝基材料熔化，然后加入铝合金覆盖剂形成覆盖层；

(2)加料口中设有两级阀门，打开一级阀门，将经过预处理的Ti、B₂O₃、Zr、C粉末或屑加入加料口，关闭一级阀门，打开二级阀门，经过预处理的Ti、B₂O₃、Zr、C粉末或屑落入循环管道内；

(3)打开电磁泵使金属熔体通过循环管道循环流动，通过循环管道循环流动，将Ti、B2O3、Zr、C粉末或屑带入铝合金熔体中进行反应复合，循环一段时间待反应结束后、关闭加热、关闭电磁泵，扒渣、精炼，待熔体冷却至一定温度后浇铸成型。

所述的一种铝合金复合细化、强化剂主要指铝-钛-锆-碳-硼中间合金,各组分的质量百分比分别为：铝85.00％～94.50％，钛2.50％～8.50％，锆2.00％～3.00％，碳0.50％～1.50％，硼0.50％～3.50％。

所述的电磁循环复合一体化装置是在常用的熔炼炉的基础上改良设计的新型熔炼炉，主要是在炉子的侧面加入一个带有电磁泵和加料口的循环管道。

所述的铝基材料一般采用纯铝。

所述的步骤(1)中的一定温度指的是850～1200℃。